西南山區(qū)遙感蝕變異常信息提取綜合研究
——以云南酒房地區(qū)為例

高 慧，吳文賢，張建龍

(中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081)

根據(jù)遙感圖像數(shù)據(jù)的異常識別，可得到近礦圍巖蝕變信息或礦化高豐度值異常區(qū)信息，遙感圖像蝕變信息的提取已經(jīng)成為遙感找礦的一個重要方法。在過去十幾年中，遙感技術(shù)已在礦產(chǎn)勘查中起到了積極作用，取得了良好的應(yīng)用效果。國內(nèi)外學(xué)者提出了很多提取蝕變遙感異常信息的方法，并且在不同地區(qū)成功地提取了蝕變遙感異常信息，但針對西南地區(qū)的遙感蝕變信息提取還存在很多問題。西南山區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，但是地形地貌復(fù)雜，地表覆蓋嚴(yán)重，給遙感蝕變異常提取帶了很大的干擾。本文以酒房地區(qū)為例，利用ASTER數(shù)據(jù)分析研究區(qū)地形地貌以及地質(zhì)礦產(chǎn)特征，結(jié)合前人研究成果，將各類干擾降到最低，提出更加優(yōu)化的西南山區(qū)遙感蝕變信息提取方法。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

酒房地區(qū)地處橫斷山脈南段，怒江、勐波羅河兩側(cè)，地勢呈北高南低，主要山脈和水系走向呈近北北東、北西向。地形復(fù)雜，山勢陡峻，一般相對高差1000m以上，屬深切割的高、中山區(qū)。區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，為典型的高山河谷亞熱帶立體型氣候，氣溫受地形變化的嚴(yán)格控制。

區(qū)內(nèi)地層發(fā)育齊全，其中震旦系—中寒武統(tǒng)分布最廣，奧陶系次之。區(qū)內(nèi)火山巖、侵入巖均有出露，巖漿活動嚴(yán)格受構(gòu)造控制，以噴溢活動為主，侵入活動次之。巖石類型以基性火山噴出巖為主，分為華力西期和燕山期火山巖，約占巖漿巖的80%，其次為少量酸性侵入巖和中基性淺成侵入巖。區(qū)內(nèi)侵入巖零星分布于東南部。研究區(qū)大地構(gòu)造屬于岡底斯-念青唐古拉褶皺系的福貢-鎮(zhèn)康褶皺帶之保山-永德褶皺束中段，區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)分布特征及成礦地質(zhì)條件受構(gòu)造、地層巖性、巖相古地理環(huán)境等多種因素的控制。

圖1 云南酒房地區(qū)地質(zhì)簡圖

2 遙感異常信息提取

2.1 數(shù)據(jù)簡介

研究區(qū)范圍涉及一景ASTER數(shù)據(jù)，為L1B級數(shù)據(jù)，景號為132043，獲取時間為2002年12月31日，是由USGS網(wǎng)站免費下載獲得。本景數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，沒有云雪覆蓋，獲取時相合理，處于冬季，植被生長處于不茂盛的時期，地表條件有利于提取。本次蝕變提取利用的是ASTER數(shù)據(jù)中波段1至9。ASTER數(shù)據(jù)在地質(zhì)解譯、礦物信息提取具有很大優(yōu)勢，例如高嶺石、伊利石、絹云母等在波段5、6有強(qiáng)吸收；蛇紋石、斜綠泥石、方解石等在波段7、8有強(qiáng)吸。

2.2 輻射定標(biāo)與大氣校正

在進(jìn)行常規(guī)的遙感圖像預(yù)處理之前，必須去除ASTER短波紅外通道傳感器的相互干擾，這種干擾稱作CrossTalk(串音)，具體是指在ASTER的波段4探測器入射光發(fā)生分散而對其它的短波紅外的波段5到9產(chǎn)生影響。為了對涉及研究區(qū)的影像進(jìn)行CrossTalk校正，從日本地球遙感數(shù)據(jù)分析中心網(wǎng)站下載了專門針對ASTER數(shù)據(jù)的CrossTalk校正軟件，對受影響的4個波段進(jìn)行校正。

研究區(qū)使用的ASTER數(shù)據(jù)級別為L1B級，L1B數(shù)據(jù)是在L1A的基礎(chǔ)上，利用L1A自帶的參數(shù)完成輻射計反演和幾何重采樣后生成的，因此，是已經(jīng)進(jìn)行了輻射校正和幾何校正的數(shù)據(jù)。大氣校正的目的是消除大氣和光照等因素對地物反射的影響，獲得地物反射率和輻射率、地表溫度等真實物理模型參數(shù)，用來消除大氣中水蒸氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和臭氧對地物反射的影響。FLAASH采用MODTRAN4+輻射傳輸效應(yīng)，該算法精度高，任何有關(guān)圖像的標(biāo)準(zhǔn)MODTRAN大氣模型和氣溶膠都可以直接使用。

2.3 干擾信息的去除

在進(jìn)行蝕變異常提取之前，必須消除其它與蝕變不相關(guān)的地物對提取結(jié)果的干擾。在西南山區(qū)遙感異常信息的提取存在諸多干擾因素，這些干擾因素如果無法去除，形成假異常的可能性就很大，因此如何判定哪些是必須去除的假異常就很關(guān)鍵，而異常去除的方法是需要關(guān)注的問題。不同的區(qū)域干擾因素也會不同，酒房地區(qū)的高差較大，會在一些區(qū)域形成比較明顯的陰影，而且水系、植被也較發(fā)育，因此要去除陰影、水系、植被這些干擾因素。植被的獲取主要使用的是NDVI指數(shù)[8]；水體的獲取主要使用的是NDWI指數(shù)，NDWI的工作原理類似于植被指數(shù)，是基于短波紅外(SWIR)與近紅外(NIR)的歸一化比值指數(shù)，NDWI的結(jié)果是產(chǎn)生一張灰度圖像，其中水體為高亮度的部分，通過密度分割即可提取出滿意的水體信息；陰影的獲取利用監(jiān)督分類的方法獲取。在獲取這些干擾信息后，進(jìn)行遙感圖像的掩膜。圖2為干擾去除前后的遙感影像。

表1 ASTER的十四個光譜波段主要特征

圖2 a.去干擾前遙感影像;b.去干擾后遙感影像

Fig.2 a. The remote sensing image before the removal of interference information; b. The remote sensing image after the removal of interference information

2.4 遙感異常信息提取

在完成遙感異常信息干擾后，根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境以及成礦類型等多種要素來確定區(qū)內(nèi)的遙感蝕變類型。區(qū)內(nèi)巖漿活動較為頻繁，地層發(fā)育，有較好的成礦地質(zhì)條件，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)有鉛鋅(銀)、鐵、金、銅、重晶石等5個礦種。因此根據(jù)區(qū)內(nèi)條件分析主要的異常類型為Al-OH以及Fe3+，主要與絹云母化和鐵染有關(guān)。

遙感蝕變信息提取主要利用的方法為主成分分析。主成分分析法是根據(jù)蝕變礦物的波譜特征選擇主成分變換波段，分析變換后的特征向量載荷因子的大小和符號，確定每個波段對礦化蝕變礦物的光譜響應(yīng)貢獻(xiàn),判別適合提取蝕變礦物異常的主分量圖像,利用蝕變礦物在主分量圖像中的分布特征提取遙感異常信息。其中4個分量的含義分別是：分量1為各個波段反射率的加權(quán)和,為正值,反映了光譜總體反射率的大小，稱為反照率因子；分量 2是近紅外與短波紅外波段反射率的差,反映光譜曲線的斜率變化,稱為形狀因子；分量3與分量4反映巖石礦物的信息[3]。

利用ASTER數(shù)據(jù)進(jìn)行主要成分分析進(jìn)行Al-OH異常的提取，主要反映的是絹云母化。據(jù)絹云母多個樣本波譜曲線的特征，在波段6有非常強(qiáng)的吸收，第7波段有強(qiáng)反射，并且在波段1到波段4有一個反射率上升的趨勢。因此，選擇了波段1、4、6、7進(jìn)行主成分分析，主成分分析的特征向量載荷因子大小和符號如表2-1示，其中第4分量的符號關(guān)系符合絹云母波譜曲線所呈現(xiàn)的特征[8]。

表2 絹云母化提取的特征向量表

利用ASTER數(shù)據(jù)的波段1、2、3、4進(jìn)行Fe3+的提取，主要反映的是鐵染。根據(jù)Fe3+的波譜特征，在ASTER數(shù)據(jù)的波段4存在一個比較明顯的反射峰，波段4應(yīng)該和波段3，波段1的符號關(guān)系應(yīng)該相反，因此選擇了波段1、2、3、4進(jìn)行了主成分分析，主成分分析的特征向量載荷因子大小和符號如表2-3示，其中第三分量的符號關(guān)系符合絹云母波譜曲線所呈現(xiàn)的特征。

表3 鐵染提取的特征向量表

2.5 異常后處理

異常結(jié)果是通過主成分分析后所選擇分量的灰度圖進(jìn)行密度分割后得到的，先將圖像的灰度值范圍拉伸至0到255之間，然后通過對高亮部進(jìn)行密度分割得到異常的結(jié)果。分割后得到的原始結(jié)果，往往存在大量的假異常。由于研究區(qū)內(nèi)的干擾較大，掩膜后的區(qū)域被呈現(xiàn)出支離破碎的形狀，在這種情況下椒鹽效應(yīng)會更加的嚴(yán)重，存在很多無意義的散點，簡單的聚合或是過濾單點常常會使得異常失真。在此情況下，通過多次試驗，利用聚合以及中值濾波進(jìn)行處理，從而去掉這些無意義的散點。但是遙感異常提取是基于地物的波譜特征，但是由于地物本身存在的同譜異物性，假異常的存在是必然的，除了根據(jù)地貌特征進(jìn)行判斷，必須利用已有的地球化學(xué)勘探資料對異常結(jié)果進(jìn)行再次圈定，才能得到相對準(zhǔn)確的異常位置。因此，本區(qū)利用了金砷汞銻元素組合異常范圍疊加異常進(jìn)行重點異常區(qū)的圈定[4]，突出了與金礦相關(guān)的遙感異常。

圖3 云南酒房地區(qū)遙感異常與化探異常疊加圖

Fig.3 Superposition of remote sensing anomalies and geochemical anomalies in the Jiufang region, Yunnan

3 討論與結(jié)論

本文以酒房地區(qū)為例，對西南山區(qū)的遙感異常提取進(jìn)行了初步的探討和研究。通過有效地進(jìn)行干擾信息的去除可以在很大程度上抑制假異常的產(chǎn)生，在干擾信息的分析中應(yīng)考慮地理環(huán)境帶來的影響，分析具體區(qū)域的主要地貌形態(tài)構(gòu)成，從而有效地分析出干擾信息的類型并有效判斷干擾信息去除應(yīng)到達(dá)某種程度。通過有效的濾波手段減少或是消除椒鹽效應(yīng)帶來的影響，同時結(jié)合化探異常結(jié)果，有效地圈定重點異常的范圍，使得結(jié)果對某類礦產(chǎn)更加有針對性。在異常提取類型的選擇上不應(yīng)過于重視異常類型的多少，而是應(yīng)當(dāng)在地質(zhì)背景以及成礦因素的指導(dǎo)下，選擇最具有指導(dǎo)性的異常類型，從而保證異常面積控制在總面積的千分之一以下，以防出現(xiàn)大面積的異常實質(zhì)反映的是巖性或是某類地物的光譜特征，而并不能有效地體現(xiàn)出蝕變此類弱信息。

結(jié)合地質(zhì)背景，分析遙感異常提取結(jié)果得出以下分布特征：(1)遙感異常主要分布在酒房地區(qū)的東南部，勐波羅河的右岸區(qū)域，少量分布在西南以及中部地區(qū)；(2)對遙感異常提取結(jié)果分布情況進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)異常的主要分布走向與化探異常的走向基本一致，主要呈現(xiàn)北東走向，少量異常分布為北西走向，且主要分布在化探異常的邊緣以及轉(zhuǎn)折端。中部兩處異常范圍基本與組合化探異常范圍重疊；(3)遙感異常的分布與斷層的分布具有密切的關(guān)系，與地質(zhì)圖疊加后發(fā)現(xiàn)，主要異常基本沿舊城斷裂的兩側(cè)分布，中部一處異常處于里額寨斷裂和龍?zhí)短飻嗔训慕粎R處，且在此區(qū)域同時存在組合化探異常。在西南部的一處異常區(qū)域處于紅巖尖山斷裂和干塘斷裂的交界處，且橫跨了小水井?dāng)嗔押退姆教飻嗔选Ｒ虼嗽诤罄m(xù)的查證工作中，應(yīng)重點關(guān)注與斷裂在空間位置關(guān)系上有密切關(guān)系的異常。從異常提取分布與斷裂和化探異常的關(guān)系可以看出，本文異常提取方法可以有效地提取西南地區(qū)與礦產(chǎn)相關(guān)的蝕變信息。

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